Go基础编程 - 05 - 数组与切片

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1. 数组

数组是同一种类型固定长度的序列（有长度、类型构成）。一但定义，长度不可改变。

• 数组为值类型，赋值和传参会复制整个数组，而不是指针。
• 数组声明时，必须固定长度；长度是数组类型的一部分，不同长度的数组类型表示不同的类型（[2]int 与 [3]int 为不同的数组类型）；
• 数组未赋值，则初始化为类型缺省值（零值）。
• 内置函数len、cap都返回数组长度。
• 越界访问产生panic。
• 指针数组：[n]*T，数组指针：*[n]T。
• 值拷贝行为会造成性能问题，通常会建议使用 slice，或数组指针。

package main

import (
	"fmt"
	"reflect"
)

func main() {
    // 初始化
    var arr1 [5]int
    var arr2 = [5]int{0, 1, 2, 3, 4}
    var arr3 = [3]int{0, 2: 4}
    var arr4 = [...]int{1, 2, 3}
    fmt.Println(arr1, arr2, arr3, arr4)

    // 长度是数组类型的一部分，不同长度的数组类型为不同类型
    if reflect.TypeOf(arr1) == reflect.TypeOf(arr2) {
        fmt.Println("arr1 和 arr2 数据类型相同！")
    }
    if reflect.TypeOf(arr1) != reflect.TypeOf(arr3) {
        fmt.Println("arr1 和 arr3 数据类型不相同！")
    }

    // 数组为值类型：赋值和传参复制整个数组
    arr1copy := arr1
    arr1copy[0] = 10
    fmt.Println(arr1, arr1copy)

    // 值拷贝行为会造成性能问题，通常会建议使用 slice，或数组指针。
    fn := func(arr [5]int) {
        arr[1] = 20
    }
    fn(arr1)
    fmt.Println(arr1)

    // 指针数组：[n]*T
    var pa = [2]*int{new(int)}
    *pa[0] = 10
    pa[1] = new(int) // 引用类型必须先分配内存，须使用new分配内存
    *pa[1] = 20      // 若不分配内存（注释上一行代码），则产生panic: runtime error: invalid memory address or nil pointer dereference
    fmt.Printf("pa:%v  \n", pa)

    // 数组指针：*[n]T
    var ap *[3]int // var ap = new([3]int)
    ap = new([3]int)
    *ap = [3]int{4, 5, 6}
    fmt.Printf("ap:%v  psr:%p  type:%T  \n", *ap, ap, ap)

    // 多维数组
    multArr := [...][2]int{{0, 0}, {1, 1}, {2, 2}}
    fmt.Println(multArr)
}

2. 切片

切片并不是数组或数组指针。它通过内部指针和相关属性引用数组片段，以实现变长方案。

• 切片是引用类型；底层数据结构是一个数组，可以看作是对数组某个连续片段的引用。
• 切片是可变长的（包含长度、容量）。
• 长度：用len()函数求长度，表示可用元素数量，读写操作不能超过该限制。
• 容量：用cap()函数求最大容量，为切片底层数组的长度。
• 扩容及规律： 扩容通常以 2 倍容量重新分配底层数组；当原有切片容量大于 1024 时，以 1.25 倍扩容。
• 若 slice == nil，则 len、cap结果都等于 0。

2.1. slice 声明、初始化

package main

import "fmt"

func main() {
    // 声明
    var s []int     
    if s == nil {
        fmt.Println("s is nil")
    }
    s1 := []int{1, 2, 3, 4}
    // 使用 make()
    var s2 []int = make([]int, 0)
    s3 := make([]int, 5)
    s4 := make([]int, 5, 8)

    fmt.Println(s, s1, s2, s3, s4)
    fmt.Println("Cap：", cap(s), cap(s1), cap(s2), cap(s3), cap(s4))

    // 从数组切片
    arr := [5]int{1, 2, 3, 4, 5}
    var s5 []int
    s5 = arr[1:4] // 前包后不包
    fmt.Println(s5, len(s5), cap(s5))
}

2.2. slice 操作

• slice 的索引起点为 0。
• 切片截取：s[i:j:max]，满足 i <= j <= max；其中，i为起始索引（包含），省略值 0；j结束索引（不包含），省略值len(s)；max为截取最大索引，省略值len(s)。
• 截取新切片长度 = j - i
• 截取新切片容量 = max - i
• 截取新切片开始索引非 0，指针地址指向底层数组中新切片开始索引所在的地址；起始地址相同的slice指针地址相同，例：s[i], s[i:], s[i:j], s[i:j:max] 的指针引用地址都相同。

package main

import "fmt"

func main() {
    s := [...]int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20}

    v := s[0]
    fmt.Println(v)

    s1 := s[2:5]
    s2 := s[2:8]
    s3 := s[:10:12]

    fmt.Println("val", v, s1, s2, s3)
    fmt.Println("len", len(s1), len(s2), len(s3))
    fmt.Println("cap", cap(s1), cap(s2), cap(s3))
    fmt.Printf("prs %p %p %p \n", s1, s2, s3)
}

2.3. append() 追加切片、扩容

append() 向 slice 尾部添加数据，返回新的 slice 对象。

扩容通常以 2 倍容量重新分配底层数组。在大批量添加数据时，建议一次性分配足够大的空间，以减少内存分配和数据复制开销。或初始化足够长的 len 属性，改用索引号进行操作。及时释放不再使用的 slice 对象，避免持有过期数组，造成 GC 无法回收。

package main

import "fmt"

func main() {
    arr := []int{0, 1, 2, 3, 4}
    fmt.Println("len =", len(arr), "cap =", cap(arr))       // len = 5  cap = 5

    arr1 := append(arr, 5)       // 追加数据，超出原切片容量，则进行扩容
    fmt.Println("len =", len(arr1), "cap =", cap(arr1))     // len = 6  cap = 10
    fmt.Printf("prs: %p %p \n", arr, arr1)  // 对比底层数组起始指针，扩容后重新分配底层数组，与原数组无关。

    arr1 = append(arr1, []int{6, 7, 8, 9, 10}...)
    fmt.Println("len =", len(arr1), "cap =", cap(arr1))     // len = 11 cap = 20
}

2.4. 字符串和切片

string 底层就是一个 byte/rune 的数组，因此，也可以进行切片操作。

package main

import "fmt"

func main() {
    str := "Hello, Chain"

    s1 := str[:5]
    println(s1) // Hello

    //string 本身是不可变的，因此要改变string中字符；需将字符转为slice，进行更改，再转为string
    //str[0] = 'X'     // 报错：cannot assign to str[0] (value of type byte)

    s := []byte(str) // 英文字符使用 byte，代表ASCII码的一个字符
    // 赋值需要使用单引号('')，单引号定义一个字符，双引号定义个字符串
    s = append(s, '!')
    str = string(s)
    fmt.Println(str)

    str2 := "你好，中国"
    s2 := []rune(str2) // 包含中文字符使用 rune，代表一个UTF-8字符
    s2[3] = '伟'
    s2[4] = '大'
    s2 = append(s2, []rune{'的', '中', '国'}...)
    fmt.Println(string(s2))
}

3. Copy

• 深拷贝：拷贝的是数据本身；值类型数据，默认是深拷贝，Array、Int、Sting、Struct、Bool、Float。
• 浅拷贝：拷贝的是数据地址；引用类型数据，默认浅拷贝，Map、Slice。

package main

import "fmt"

func main() {
   arr := [...]int{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
   arr2 := arr
   arr[1] = 10
   fmt.Println(arr, arr2)
   fmt.Printf("prs: %p %p \n", &arr, &arr2) // Array 属于深copy
   fmt.Println()

   s1 := arr[:6]
   s2 := arr[4:]
   s1[5] = 50 // Slice 属于浅copy
   fmt.Println(s1, s2)
   fmt.Printf("prs：%p %p \n", s1, s2)

   // copy函数只能用于切片，属于浅拷贝；允许元素区间重叠
   copy(s1, s2)
   s1[1] = 100
   fmt.Println(s1, s2, arr)
}

4. Array、Slice 内存布局